آنالیز ارتعاشات گیربکس

گیربکس چیست؟

گیربکس نوعی انتقال دهنده قدرت و سرعت در تجهیزات صنعتی است. در مفهوم عملیاتی، گیربکس یک جزء ماشین با قابلیت تغییر سرعت و گشتاور بین دستگاه محرک و دستگاه متحرک است. به عنوان مثال، بین یک موتور و یک فن کوپل شده است. از گیربکس ها نیز برای تغییر جهت چرخش و جهت محور محرک استفاده می شود. اجزای مکانیکی که این عملکردها را فعال می کنند در اصطلاح دنده نامیده می شوند و انواع مختلف گیربکس وجود دارد.
در مقایسه با سایر سیستم‌های انتقال نیرو، مانند سیستم‌های پولی وتسمه، زنجیر یا غلتک اصطکاکی، گیربکس‌ها کنترل سرعت بهتر، راندمان انتقال بیشتر، قدرت بالا، گشتاور کاری بالا و محدوده سرعت کامل را در کاربردهای RPMکم ارائه می‌دهند. به طور کلی، آنها ماشین های فشرده، قوی و قابل اعتماد هستند. با این حال، آنها تجهیزات گران قیمت و پیچیده ای هستند که نیازمند مراقبت های تخصصی، تعمیر و نگهداری مرتبط با روانکاری، نصب، تنظیم بار، الاینمنت و پایش وضعیت هستند.

 

شکل ۱.نمای یک گیربکس و چرخ دنده آن

انواع چرخ دنده

بسته به نیاز، انواع مختلفی از چرخ دنده ها موجود است که از رایج ترین آنها می توان به چرخ دنده های صاف و مارپیچی اشاره کرد که قادر به انتقال نیرو در سرعت ها و بارهای مختلف هستند

همچنین چرخ دنده های مخروطی به طور ویژه برای تغییر جهت بین محورهای ورودی و خروجی گیربکس طراحی شده اند. به عنوان مثال، برای تبدیل ورودی یک محور افقی به خروجی محور عمودی

نوع دیگری از سیستم چرخ دنده ها Screws هستند که می توانند تغییرات عرضی در جهت محورهای ورودی و خروجی را تغییر دهند. چیدمان و طراحی چرخ دنده ها، تطبیق پذیری زیادی به این ماشین ها می بخشد و امکان طراحی فشرده، مستحکم و قابل اعتماد را فراهم می کند، نمونه ی آن طراحی گیربکس ها با مراحل مختلف انتقال است.

جهت کسب اطلاعات از آنالیز ارتعاشات می توانید مقاله تخصصی مربوط را در صفحه آن مطالعه نمایید.

 

شکل ۲. گیربکس با چرخ دنده های مخروطی

 

شکل ۳. گیربکس با سیستم چرخ دنده حلزونی

 

شکل ۴. گیربکس با سیستم خورشیدی

 

انواع گیربکس

بسته به عملکرد کاهش یا افزایش سرعت چرخش ورودی در مقابل خروجی، گیربکس‌ها را می‌توان به طور کلی به کاهنده‌ها و افزاینده ها طبقه‌بندی کرد. گیربکسی که سرعت ورودی را افزایش می دهد افزاینده نامیده می شود و گیربکسی که سرعت ورودی را کاهش می دهد کاهنده نامیده می شود

علاوه بر این، گیربکس‌ها را می‌توان به سیستم‌های انتقال تک مرحله‌ای تقسیم کرد، آن‌هایی که فقط یک ردیف دنده دارند یا گیربکس‌های چند مرحله‌ا، آنهایی که توسط دو یا چند ردیف دنده تشکیل شده‌اند، با سرعت متوسط و تغییر گشتاور قبل از رسیدن به خروجی در بسیاری از مدل ها، گیربکس به عنوان یک ماشین میانی برای تبدیل سرعت و گشتاور بین محرک و متحرک استفاده می شود به عنوان مثال: یک گیربکس کاهنده بین یک توربین بخار و یک ژنراتور

برخی از ماشین‌ها ذاتاً یک گیربکس با عملکردهای عملیاتی هستند مانند تجهیزات یکپارچه مانند پمپ‌های دنده ای یا کمپرسورهای گریز از مرکز چند مرحله‌ای که پروانه‌های آنها مستقیماً روی شفت گیربکس‌ نصب می‌شوند.

اصطلاحات اساسی برای تجزیه و تحلیل ارتعاش در گیربکس

طراحی و ساخت چرخ دنده ها فعالیت تخصصی و با دقت بسیار بالا است. تعداد زیادی مفاهیم مرتبط با طراحی، هندسه و ساخت این عناصر ماشین وجود دارد. استانداردهای AGMA مسئولیت استانداردسازی آنها را بر عهده دارد. اگر نیاز به بررسی این موضوع دارید، توصیه می شود استانداردهای تخصصی را مرور کنید. برای موارد خاص تجزیه و تحلیل ارتعاش و پایش وضعیت، مفاهیم زیر موارد استفاده قرار می گیرند.

Pinion: به طور کلی کوچکترین دنده و سریعترین دنده در یک ردیف دنده است

Gear or Crown: بزرگترین و کندترین دنده در سیستم است

Backlash : به فضا یا فاصله بین دندانه ها، در جهت مش بندی روی دایره اشاره دارد. حفظ این بعد در مقادیر مناسب باعث روانکاری بهتر دندان ها می شود و فضایی برای انبساط حرارتی برای جلوگیری از مشکلات بعدی را فراهم می کند

Clearance : فضای بین نوک یک دندانه و پایین دندانه چرخ دنده دیگر در جهت شعاعی چرخ دنده است

Transmission ratio: به نرخ سرعت ورودی و خروجی اعم از افزایش یا کاهش سرعت اشاره دارد. می توان آن را با مقادیر سرعت (N) یا تعداد پینیون ها و دندانه های دنده (T) محاسبه کرد.

 

 

شکل 5. Backlash در یک سیستم چرخ دنده

 

استاندارد

استانداردهای) AGMA انجمن تولیدکنندگان دنده آمریکا) دستورالعمل های استانداردی برای طراحی و ساخت چرخ دنده ها و گیربکس ها ارائه می دهد. استاندارد API 613 جنبه های مربوط به گیربکس های صنعت نفت و گاز را پوشش می دهد. استاندارد ISO 10816-21تعیین حدود مجاز مقادیر را بر اساس باندهای فرکانسی ایجاد می کند.

همه این استانداردها مقادیری را برای دامنه سرعت و شتاب پیشنهاد می کنند. با این حال، آنها مقادیر مرجع بسیار کلی هستند که باید با شرایط عملیاتی و عملکردی هر گیربکس درنظر گرفته شوند.

نظارت صحیح گیربکس را می توان با استفاده از پایه عملکرد به عنوان یک معیار به دست آورد، بسیاری از تجزیه و تحلیل خرابی گیربکس بر اساس تشخیص تغییرات الگو است، نه نظارت بر متغیرها در برابر سطوح مطلق(فرکانس مشخص خرابی).

شکل ۶. تاریخچه پایش وضعیت یک گیربکس

 

فرکانس های ارتعاش تولید شده در گیربکس

این ماشین‌ها سیگنال‌های ارتعاشی پیچیده‌ای تولید می‌کنند که در آن فرکانس‌های عملیاتی ذاتی، نویز تصادفی و سایر فرکانس‌های خرابی، هم خرابی‌های «استاندارد» و هم خرابی‌های خاص مرتبط با حالت‌های خرابی دنده را می‌توان ترکیب کرد. فرکانس های ارتعاش در گیربکس را می توانیم به صورت زیر طبقه بندی کنیم:

فرکانس‌های ذاتی: فرکانس‌هایی که به‌عنوان بخشی از سیگنال پایه انتظار می‌رود، که با سرعت‌های چرخشی یا فرکانس‌های همزمان)1X RPM ورودی و خروجی) مطابقت دارد. از سوی دیگر، فرکانس مش دنده (GMF) از رابطه متقابل بین پینیون ها و چرخ دنده ها ظاهر می شود. GMF برای هر مرحله دنده منحصر به فرد است و به سرعت دنده (N) و تعداد دندانه های روی آن (T) بستگی دارد.

فرکانس‌های خرابی: مواردی هستند که در شرایط غیرعادی انتظار می‌رود که با حالت‌های خرابی مشخصه در گیربکس‌ها مانند ناهمراستایی (2xRPM،2XGMF )مرتبط است. اما فرکانس‌های خاص دیگری مانند فرکانس شکار دندانه (HFT)، فرکانس فاز مونتاژ چرخ دنده (GAPF) و فرکانس‌های باند جانبی در نتیجه مدولاسیون دامنه وجود دارند که همگی نتیجه مشکلاتی مانند سایش بیش از حد، اضافه بار، طراحی نامناسب یا مونتاژ بد هستند.

 

 

شکل ۷. طیف فرکانس ارتعاش گیربکس

 

شکل ۸. سیگنال شکل موج زمانی که اثرات یک دندانه شکسته را بر روی گیربکس نشان می دهد.

 

شکل ۹. سیگنال شکل موج زمانی که اثر مدولاسیون دامنه را به دلیل اثرات مش بندی بین دندانه ها، نشان می دهد.

 

شکل ۱۰. مونتاژ گیربکس و نگهداری از این قطعات بسیار تخصصی است و شامل رویه ها و تلورانس های دقیق است.

 

سایر فن آوری های پیش بینانه

تجزیه و تحلیل خرابی در گیربکس ها اغلب شامل مطالعه متغیرهای مختلف و علائم متعدد است. بنابراین همیشه لازم است برنامه های نظارتی جامعی طراحی شود که شامل تجزیه و تحلیل ارتعاش، تجزیه و تحلیل طیف شتاب، آنالیز اولتراسونیک، آنالیز فیزیکی و شیمیایی روان کننده ها و ترموگرافی مادون قرمز باشد، همه این فناوری های پیش بینانه با هدف تعیین علائم سایش و اصطکاک که عناصر رایج در اکثر حالت های خرابی گیربکس های صنعتی هستند به کار گرفته می شود.

 

شما عزیزان می توانید جهت کسب هر گونه اطلاعات با کارشناسان مجرب شرکت مهندسی آکوپایش در ارتباط باشید. کارشناسان مجموعه در ساعات ذکر شده در خدمت شما می‌باشند.